NL2011993C2 - Monsternamesysteem voor het nemen van een hoge druk monster uit een hoge druk gasleiding. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Monsternamesysteem voor het nemen van een hoge druk monster uit een hoge druk gasleiding.

Beschrijving

De uitvinding betreft een monsternamesysteem voor het nemen van een gasmonster uit een hoge druk gasleiding.

In de onderhavige aanvrage wordt met hoge druk gasleiding bedoeld een gasleiding omvattende een gas op een overdruk van enkele tientallen bar, zoals bijvoorbeeld een overdruk die gelegen is tussen 30 bar tot ongeveer 300 bar, en in een bijzonder toepassingsgebied een overdruk die gelegen is rond de 80 bar tot 120 bar, zoals bijvoorbeeld een overdruk van ongeveer 100 bar.

Een dergelijk monsternamesysteem is bekend in de vorm van een monsternamesysteem voor aardgas processen. Het systeem is in staat om een monster te nemen van het gas uit de hoge druk gasleiding, zodat het gasmonster geanalyseerd kan worden. Het is een nadeel van het bekende monsternamesysteem dat het relatief onderhoudsgevoelig is, en een relatief hoge responsietijd heeft.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om een verbeterd monsternamesysteem te verschaffen, met een snelle responsietijd, en dat relatief onderhoudsarm is.

Hiertoe verschaft de uitvinding een monsternamesysteem van de hierboven genoemde soort, welke gekenmerkt is door het kenmerkend deel van conclusie 1.

Het monsternamesysteem omvat aldus een eerste monsternameleiding, omvattende een inlaat en een uitlaat die elk zijn ingericht om aansluitbaar te zijn op een hoge druk gasleiding, voor het nemen van een monster uit de hoge druk gasleiding. Het monsternamesysteem is verder voorzien van een eerste filtereenheid die stroomafwaarts van de inlaat van de eerste monsternameleiding geplaatst is. De filtereenheid is ingericht voor het filteren van het uit de hoge druk gasleiding genomen monster. Stroomafwaarts van de eerste filtereenheid is een drukreductieeenheid van het capillaire type voorzien, welke is ingericht om de druk van het monster uit de hoge druk gasleiding te reduceren. De drukreductieeenheid van het capillaire type omvat een stromingsbuis met een lengte en een diameter, waarbij de diameter vele malen kleiner is dan de lengte. In een uitvoeringsvorm, is de lengte van de drukreductieeenheid van het capillaire type enkele meters, en is de buitendiameter ongeveer 1,6 mm (1/16 inch).

De drukreductieeenheid van het capillaire type zorgt ervoor dat op een eenvoudige en doeltreffende wijze de druk van het hoge druk gas gereduceerd kan worden. De drukreductieenheid van het capillaire type is vrij van afdichtingen, en van bewegende onderdelen, en is daardoor onderhoudsarm. Verder is de drukreductieenheid van het capillaire type vrij van dode volumes, waardoor de responstijd relatief snel is. Tenslotte staat de drukreductieeenheid van het capillaire type toe om te werken met lage sample flow volumes, waardoor slechts weinig gas benodigd is. Het door het capillair doorgelaten debiet wordt bepaald door de binnendiameter en de lengte van het capillair, en de afmetingen van het capillair kunnen dus aangepast worden aan de gewenste sample-grootte.

Het monsternamesysteem volgens de onderhavige uitvinding omvat verder een tweede monsternameleiding met een inlaat die stroomafwaarts van de drukreductieeenheid is aangesloten op de eerste monsternameleiding voor het nemen van een monster met gereduceerde druk uit de eerste monsternameleiding.

Doordat de eerste monsternameleiding een retourleiding is, kan het gas dat niet naar de tweede monsternameleiding stroomt, teruggevoerd worden aan de hoge druk gasleiding. Hiermee wordt vervuiling van de omgeving, en/of verlies van kostbaar gas, voorkomen.

Met bovenstaande is het doel van de onderhavige uitvinding bereikt.

Voordelige uitvoeringsvormen van de uitvinding zijn onderwerp van de afhankelijke conclusies. Deze zullen hieronder worden toegelicht.

In een uitvoeringsvorm omvat de drukreductieeenheid van het capillaire type een verwarmingselement. Het verwarmingselement kan verbonden zijn met een regeleenheid, waarmee de temperatuur van het bemonsterde gas op een gewenste waarde gebracht kan worden. Zodanig kan condensatie van onder meer zware componenten van het gas, zogenaamde Joule-Thompson afkoeling, voorkomen worden.

De inlaat en de uitlaat van de eerste monsternameleiding zijn zodanig ingericht dat na aansluiting op de hoge druk gasleiding, bij een stroming van het hoge druk gas door de hoge druk gasleiding, in de eerste monsternameleiding een stroming vanaf de inlaat naar de uitlaat wordt opgewekt. De inlaat is hierbij in een uitvoeringsvorm tegen de stroomrichting in gericht, zodanig dat er een positieve druk van de hoge druk gasstroom aanwezig is. De uitlaat is hierbij in een uitvoeringsvorm in de stroomrichting gericht, zodat er ten gevolge van de gasstroom een negatieve druk is. Op basis van deze verschildrukken tussen inlaat en uitlaat zal er een stroming door de eerste monsternameleiding tot stand gebracht worden, zonder dat aanvullende maatregelen, zoals bijvoorbeeld een pompeenheid, noodzakelijk zijn. In een uitvoeringsvorm, omvat de tweede monsternameleiding een ontluchtingseenheid, waarmee een eventueel overschot aan monstergas afgeblazen kan worden naar bijvoorbeeld een afvoer naar de buitenlucht of een affakkelinrichting.

De eerste monsternameleiding kan een binnendiameter van 10-12 mm bezitten. Dergelijke afmetingen hebben goede resultaten opgeleverd, alhoewel andere afmetingen uiteraard denkbaar zijn.

De filtereenheid omvat in een uitvoeringsvorm een membraanfilter. Het membraanfilter kan bijvoorbeeld een multi-foob membraanfilter zijn, dat in het bijzonder is ingericht voor het filteren van olie- en waterdruppels en in het bijzonder eventuele in het gas aanwezige, vernevelde glycolen en amines. Een dergelijk filter heeft een lange levensduur.

Een verdere bescherming van het systeem, en daarmee voorkoming van onderhoud, wordt geboden wanneer het monsternamesysteem een tweede filtereenheid omvat die in de tweede monsternameleiding voorzien is. De tweede filtereenheid is stroomafwaarts van de inlaat van de tweede monsternameleiding voorzien. De tweede filtereenheid is in een uitvoeringsvorm een membraanfilter, en kan in het bijzonder een multi-foob membraanfilter zijn, voor het filteren van olie en water. In het bijzonder in combinatie met de eerste filtereenheid wordt een dubbele bescherming verkregen, waarmee verontreiniging van het systeem stroomafwaarts voorkomen wordt. In het bijzonder wordt hierbij gedacht aan analyse-inrichtingen, die op de tweede monsternameleiding worden aangesloten.

In een uitvoering, omvat het monsternamesysteem ten minste een met de tweede monsternameleiding verbonden analyse-inrichting voor het analyseren van het monster. De analyse-inrichting kan bijvoorbeeld waterdauwpuntsmeters, H2S analyse-inrichtingen, gaschromatografen in het bijzonder voor een compositieanalyse, Wobbe Index meters en/of spectrometers omvatten.

Het monsternamesysteem is bij voorkeur modulair ingericht, hetgeen wil zeggen dat een gewenste analyse-inrichting, of een aantal gewenste analyse-inrichtingen die parallel aan elkaar geschakeld zijn, hierop aangesloten kunnen worden.

Stroomafwaarts van de analyse-inrichting kan een verdere ontluchtingseenheid voorzien zijn, of een verbrandingseenheid voor het verbranden van het geanalyseerde monster.

Om een snelle responstijd te verkrijgen, heeft het de voorkeur wanneer de eerste monsternameleiding in hoofdzaak vrij is van dode volumes. In een uitvoeringsvorm, komt dit tot stand door de vorm van de leiding zelf, zoals bijvoorbeeld een leiding met een binnendiameter van 10-12 mm, en door de toepassing van een drukreductieeenheid van het capillaire type.

Volgens een aspect, verschaft de uitvinding een hoge druk gasleiding, voorzien van een monsternamesysteem volgens de uitvinding.

De hoge druk gasleiding omvat, in een uitvoeringsvorm, in gebruik een medium op een overdruk die gelegen is tussen 80 bar en 120 bar, in het bijzonder een overdruk van ongeveer 100 bar. Het monsternamesysteem is ingericht om de druk van het medium te verlagen tot een overdruk die gelegen is tussen 1 en 10 bar overdruk, in het bijzonder van ongeveer 3 bar overdruk. Een dergelijke uitvoering wordt toegepast voor hoge druk gasdristibutienetten. In het algemeen kan de druk in de gasleiding gelegen zijn tussen 30 bar en ongeveer 300 bar.

In een uitvoeringsvorm zijn de binnenzijden van de monsternameleidingen bewerkt door middel van een oppervlaktebehandeling. De specifieke oppervlaktebehandeling kan worden gekozen op basis van onder meer de vereisten voor de meetbare componenten van het gas en de concentraties daarvan, alsmede de kosten van een dergelijke behandeling. Dergelijke oppervlaktebehandelingen omvatten bijvoorbeeld electropolishing, het aanbrengen van een glasachtige coating om de leiding inert te maken voor het voorkomen van een aanhechting van ten minste sterk polaire componenten, bijvoorbeeld H2S en H20 en het inertiseren door een behandeling met salpeterzuur voor het verwijderen van ijzermoleculen uit het oppervlak van een bij voorkeur roestvrijstalen leiding voor het voorkomen van een aanhechting van ten minste H2S.

De onderhavige uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van figuren, waarbij:

Fig. 1 toont een schematische weergave van een monsternamesysteem volgens de onderhavige uitvinding;

Fig. 2 toont een blokschema van de werking van een monsternamesysteem volgens de onderhavige uitvinding.

Fig. 1 toont een schematische weergave van een monsternamesysteem 1 volgens de onderhavige uitvinding. Het monsternamesysteem 1 is verbonden met een gasleiding 5, in het bijzonder een hoge drukgasleiding 5 en omvat een eerste monsternameleiding 3 en een tweede monsternameleiding 11, alsmede een reductieeenheid 9 en filtereenheden 7, 19.

In Fig. 1 is te zien dat de inlaat 3a van de eerste monsternameleiding 3 in de gasleiding 5 gelegen is. In de in Fig. 1 getoonde uitvoeringsvorm is de inlaat 3a deels opgenomen in de uitlaat 3b van de eerste monsternameleiding 3. De inlaat 3a is hierbij in het bijzonder concentrisch ten opzichte van de uitlaat 3b voorzien. De inlaat 3a kan tot voorbij de uitlaat 3b uitsteken. De inlaat 3a is in Fig. 1 tegen de stroomrichting (aangeven met pijl P) in gericht, zodanig dat er een positieve druk van de hoge druk gasstroom aanwezig is. De uitlaat 3b is in Fig. 1 in de stroomrichting gericht, zodat er ten gevolge van de gasstroom een negatieve druk is.

De inlaat 3a en de uitlaat 3b van de eerste monsternameleiding 3 zijn in Fig. 1 zodanig ingericht, dat bij een stroming van het hoge druk gas door de hoge druk gasleiding 5 in de eerste monsternameleiding 3 een stroming vanaf de inlaat 3a, via de volledige monsternameleiding 3 naar de uitlaat 3b wordt opgewekt.

De diameter van de eerste monsternameleiding 3 is gelegen tussen 10 en 12 mm, alhoewel andere afmetingen van de monsternameleiding 3 uiteraard denkbaar zijn. Bij voorkeur is de eerste monsternameleiding 3 in hoofdzaak vrij van dode volumes voor het verkrijgen van een snelle responstijd.

Bij voorkeur zijn de binnenzijden van de monsternameleidingen 3, 11 bewerkt door middel van een oppervlaktebehandeling om de aantasting daarvan en aanhechting daaraan door ongewenste materialen te verminderen of te voorkomen.

Vanaf de inlaat 3a stroomt het gas door de eerste monsternameleiding 3 langs een eerste klep 23. De klep is ingericht om de eerste monsternameleiding 3 af te sluiten.

Vanaf de klep 23 stroomt het gas door de eerste monsternameleiding 3 naar de eerste filtereenheid 7. De filtereenheid 7 omvat in Fig. 1 een membraanfilter 7a. Dit membraanfilter 7a is bij voorkeur ingericht voor het filteren van olie- en waterdruppels en in het bijzonder eventuele in het gas aanwezige, vernevelde glycolen en amines. Hiertoe kan een multi-foob membraanfilter 7a worden toegepast. Een dergelijk filter heeft een lange levensduur.

Vanaf de eerste filtereenheid 7 stroomt een gefilterd deel van het gas door de tweede monsternameleiding 11 naar een drukreductieeenheid 9. Het overige deel van het gas stroomt door de eerste monsternameleiding 3 richting de tweede klep 25. De tweede klep 25 is ingericht om de eerste monsternameleiding 3 af te sluiten. In het bijzonder is de eerste monsternameleiding 3 afsluitbaar door de beide kleppen 23, 25 te sluiten, waardoor wordt voorkomen dat gas door de eerste monsternameleiding 3 kan stromen.

De twee kleppen 23, 25 zijn voorzien om het systeem te kunnen isoleren van de hoge druk gasleiding, bijvoorbeeld voor onderhoudsdoeleinden. De kleppen 23, 25 kunnen in een uitvoering dubbel zijn uitgevoerd, dat wil zeggen telkens twee kleppen in serie. Hiermee wordt een verhoogde veiligheid verkregen.

Vanaf de tweede klep 25 stroomt het gas door de eerste monsternameleiding 3 naar de uitlaat 3b. In Fig. 1 omgeeft de uitlaat 3b ten minste gedeeltelijk de inlaat 3a. De diameter van de uitlaat 3b in Fig. 1 is groter dan de diameter van de inlaat 3a. De openingen van de inlaat 3a en de uitlaat 3b zijn in hoofdzaak tegengesteld gericht om een stroming door de eerste monsternameleiding 3 tot stand te brengen.

Aan de uitlaat 3b wordt het daaruit stromende gas samengevoegd met het gas in de leiding 5. Zodanig wordt een minimale hoeveelheid gas afgenomen voor een monstername.

Het deel van het gas dat bestemd is voor analyse beweegt vanaf de eerste filtereenheid 7 naar de drukreductieeenheid 9. De drukreductieeenheid 9 is bij voorkeur van het capillaire type, waarbij een gasdebiet in de drukreductieeenheid 9 door een capillair wordt gevoerd. De binnendiameter en lengte van het capillair bepalen de drukreductie, waardoor op een eenvoudige en doeltreffende wijze de druk van het hoge druk gas gereduceerd kan worden. Een dergelijke drukreductieenheid 9 van het capillaire type is vrij van afdichtingen, en van bewegende onderdelen, en is daardoor onderhoudsarm. Een verder voordeel van een drukreductieenheid 9 van het capillaire type is, dat deze vrij is van dode volumes, waardoor de responstijd van de drukreductieeenheid 9 relatief snel is. Tenslotte staat een drukreductieeenheid 9 van het capillaire type toe om te werken met lage monsternamevolumes, waardoor slechts weinig gas benodigd is.

Met de drukreductieeenheid 9 kan de druk typisch verlaagd worden tot een druk van bijvoorbeeld 3 bar overdruk.

De drukreductie 9 is in Fig. 1 voorzien van een verwarmingselement 13, waarmee de temperatuur van het monstergas op een gewenste waarde gebracht kan worden. Bij voorkeur is het verwarmingselement 13 verbonden met een niet-getoonde regeleenheid voor een nauwkeurige regeling van de temperatuur van het bemonsterde gas. Met een dergelijk verwarmingselement 13 kan condensatie van onder meer zware componenten van het gas, zogenaamde Joule-Thompson afkoeling, voorkomen worden.

Vanaf de drukreductie 9 met verwarmingselement 13 stroomt het eventueel verwarmde gas naar de analyse-inrichting 21. In de uitvoeringsvorm getoond in Fig. 1 omvat de analyse-inrichting 21 een tweede filtereenheid 19 en analysemiddelen 21a. Bij voorkeur wordt het bemonsterde gas door de tweede filtereenheid 19 gevoerd. Het gas wordt dan verder gezuiverd voor een verhoogde nauwkeurigheid van de analyse van het monster; maar meer in het bijzonder zorgt de tweede filtereenheid 19 voor bescherming van de stroomafwaarts geplaatste analysemiddelen 21a.

In een uitvoering is nabij de tweede filtereenheid 19 de tweede monsteropnameleiding 11 verbonden met een ontluchtingseenheid 15 voor het afvoeren van gas. Het gas kan door de ontluchtingseenheid 15 bijvoorbeeld naar de buitenlucht of naar een affakkelinrichting worden gevoerd.

De analyse-inrichting in Fig. 1 omvat verder analysemiddelen 21a voor een analyse van het bemonsterde gas. De analyse-middelen 21a omvatten bijvoorbeeld waterdauwpuntsmeters, H2S analyse-inrichtingen, gaschromatografen in het bijzonder voor een compositieanalyse, Wobbe Index meters en spectrometers. De analyse-inrichting 21 is bij voorkeur modulair ingericht, hetgeen wil zeggen dat een gewenst analyse-middel 21a, of een aantal gewenste analyse-middelen 21a die parallel aan elkaar geschakeld zijn, hierin opgenomen kunnen worden.

Stroomafwaarts van de analyse-inrichting 21 is in Fig. 1 een verdere ontluchtingseenheid 17 voorzien met een uitvoer naar de buitenlucht of een verbrandingseenheid voor het verbranden van het geanalyseerde monster.

Fig. 2 toont een blokschema met de werking van het monsternamesysteem 1 volgens de onderhavige uitvinding. Gas wordt vanuit de hoge druk gasleiding 5 door de inlaat 3a opgenomen, waardoor gas in de inlaat 3a onder hoge druk staat (aangeven met HD in Fig, 2). Het gas in de inlaat 3a stroomt vervolgens naar de eerste filtereenheid 7, waar een deel van dit gas wordt geretourneerd naar de uitlaat 3b van de eerste monsternameleiding 3. Het overige deel van het gas dat langs de eerste filtereenheid 7 stroomt, passeert het eventueel in de eerste filtereenheid 7 voorziene membraanfilter 7a tot in de tweede monsternameleiding 11. Dit gefilterde gas staat onder hoge druk en wordt toegevoerd via de tweede monsternameleiding 11 aan een drukreductieeenheid 13. De druk van het in de tweede monsternameleiding 11 aanwezige gas wordt zodanig teruggebracht tot een lagere, vooraf bepaalde drukwaarde zoals bijvoorbeeld 3 bar overdruk (aangeven met LD in Fig, 2). Tevens kan dit gas worden verwarmd tot een vooraf bepaalde temperatuur door middel van het verwarmingselement 13. Het gas onder lage druk stroomt verder door de tweede monsteropnameleiding 11 naar de analyse-inrichting 21, waar het door een tweede filtereenheid 19 wordt geleid. Een deel van het gas kan worden afgevoerd door een ontluchtingseenheid 15, terwijl een gefilterd deel naar de analysemiddelen 21a wordt gevoerd. De analysemiddelen 21a bepalen de gewenste gaseigenschappen, waarna het monster kan worden afgevoerd naar een verdere ontluchtingseenheid 17.

Het moge duidelijk zijn voor de vakman dat de uitvinding hierboven omschreven is aan de hand van enkele mogelijke uitvoeringsvormen, welke de voorkeur genieten. De uitvinding is echter niet beperkt tot deze uitvoeringsvormen. Binnen het kader van de uitvinding zijn vele modificaties denkbaar. De gevraagde bescherming wordt bepaald door de aangehechte conclusies.

Claims (11)

1. Monsternamesysteem (1) voor het nemen van een gasmonster uit een hoge druk gasleiding, waarbij het monsternamesysteem (1) gekenmerkt is door: - een eerste monsternameleiding (3), omvattende een inlaat (3a) en een uitlaat (3b) die elk zijn ingericht om aansluitbaar te zijn op een hoge druk gasleiding (5), voor het nemen van een monster uit de hoge druk gasleiding (5), waarbij het monsternamesysteem (1) een stroomafwaarts van de inlaat (3a) van de eerste monsternameleiding (3) voorziene eerste filtereenheid (7) omvat voor het filteren van het uit de hoge druk gasleiding (5) genomen monster, alsmede een stroomafwaarts daarvan voorziene drukreductieeenheid (9) van het capillaire type omvat voor het reduceren van de druk van het uit de hoge druk gasleiding (5) genomen monster; - een tweede monsternameleiding (11) met een inlaat die stroomafwaarts van de drukreductieeenheid (9) is aangesloten op de eerste monsternameleiding (3) voor het nemen van een monster met gereduceerde druk uit de eerste monsternameleiding (3).

2. Monsternamesysteem (1) volgens conclusie 1, waarbij de drukreductieeenheid (9) van het capillaire type een verwarmingselement (13) omvat.

3. Monsternamesysteem (1) volgens conclusie 1 of 2, waarbij de inlaat (3a) en de uitlaat (3b) zodanig zijn ingericht dat na aansluiting op de hoge druk gasleiding (5), bij een stroming van het hoge druk gas door de hoge druk gasleiding (5), in de eerste monsternameleiding (3) een stroming vanaf de inlaat (3a) naar de uitlaat (3b) wordt opgewekt.

4. Monsternamesysteem (1) volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de tweede monsternameleiding (11) een ontluchtingseenheid (15) omvat.

5. Monsternamesysteem (1) volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de filtereenheid (7) een membraanfilter (7a) omvat.

6. Monsternamesysteem (1) volgens conclusie 5, waarbij het membraanfilter (7a) een multi-foob membraanfilter (7a) is, dat in het bijzonder is ingericht voor het filteren van olie en water.

7. Monsternamesysteem (1) volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het monsternamesysteem (1) een tweede filtereenheid (19) omvat die in de tweede monsternameleiding (11) voorzien is, stroomafwaarts van de inlaat daarvan, waarbij de tweede filtereenheid (19) in het bijzonder een membraanfilter is.

8. Monsternamesysteem (1) volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de eerste monsternameleiding (3) in hoofdzaak vrij is van dode volumes.

9. Monsternamesysteem (1) volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het monsternamesysteem (1) ten minste een met de tweede monsternameleiding (11) verbonden analyse-inrichting (21) omvat voor het analyseren van het monster.

10. Hoge druk gasleiding (5), voorzien van een monsternamesysteem (1) volgens een van de voorgaande conclusies.

11. Hoge druk gasleiding (5) volgens conclusie 10, waarbij de hoge druk gasleiding een medium omvat op een overdruk die gelegen is tussen 80 bar en 120 bar, in het bijzonder een overdruk van ongeveer 100 bar, en waarbij het monsternamesysteem is ingericht om de druk van het medium te verlagen tot een overdruk van ongeveer 3 bar overdruk.